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《光的微粒说和波动说》教学设计

时间:2007-3-30栏目:物理论文

一、素质教育目标:
  (一)知识教学点:
  1.知道光的微粒说和波动说
  2.了解光的波动说和微粒说的发展史
  (二)能力训练点:
  1.通过实验现象的观察对比分析,注重观察能力的培养。
  2.通过对光本性发展史的认识,培养科学探索、质疑精神,提高科学素质。
  (三)德育渗透点:
  1.通过对光本性发展史的了解,使学生感受和体会物理学的研究方法,领略物理理论的形成过程和物理学家的思维方法。
  2.对光的波动说与微粒说的初步了解,培养学生的辩证唯物观点,激发学习兴趣,培养创新意识和创新精神。
  二、重点、难点、疑点及解决办法:
  本节课的内容,就课本而言,十分简单,而学生学起来比较枯燥抽象。但它是本章的开头.本章贯穿主线--人类对本性认识的发展过程。因而,上好这节课,对认识光的本性,提高学生的科学素质和培养创新精神十分必要。重点是了解人类对光本性认识的发展史,从而激发学生的学习兴趣,使学生受到辩证唯物主义教育,了解物理学的曲折发展过程和研究方法。初步认识光的波动性与粒子性,且光具有波粒二象性是学习的难点。要调动学生学习的积极性,使课堂变得生动活泼,增加较多的演示实验,穿插介绍物理学史是十分必要的。
  三、课时安排:
  本节内容:1课时
  四、教具准备:
  多功能激光仪 投影仪 多媒体课件
  五、学生活动设计:
  主要包括老师提出问题引导学生思考、讨论,观察实验,类比分析,归纳推理,质疑等,激发起兴趣,落实"以人为本,注重发展"的目标。
  六、教学步骤:
  (一)明确目标,引入课题:
  演示一:激光仪演示观察:光的直进、反射、折射、介质分界面上同时发生的反射与折射。
  演示二:激光器上演示在宽窄不同的三种单缝下所发生的直进、衍射现象等。
  演示三:单色光通过双缝屏所发生的干涉现象。
  在实验演示前可由老师先引导学生分析可能产生何种现象,然后演示观察,一方面检验所学知识的理解和应用能力,另一方面由于受所学知识的局限,对演示二与演示三所发生的现象产生惊奇,产生学习兴趣,可以激发求知欲。在此基础上老师提出:以上种种现象已经无法用光的直进、反射、折射等规律解释和说明,需要我们进一步弄清光的本质,光到底是什么?
  人类对光本性的探讨,从很早就开始了,不过这个问题并不简单,人类对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程,直到十七世纪,人类对光本性的认识才逐渐形成了两种学说。
  (二)重点、难点的学习与目标的完成过程:
  1.光的微粒说:
  多媒体课件:"关于光的本性问题,在1704年出版的《光学》一书中,牛顿认为光是从发光体发出的而且以一定速度向空间直线传播的微粒。这种看法被称为微粒说。牛顿用弹性小球撞击平面时发生反弹现象的类比,来解释光的反射现象,当光从空气进入透明介质时,由于介质对光微粒的吸引,使它们的速度发生变化,即造成光的折射。按这种解释,应该假设介质中的光速大于真空中的光速。当时,人们不能用实验方法测出光速,又因牛顿的威望,这种学说在18世纪取得了统治地位"。
  按照牛顿的微粒说,解释光的直进、影的形成、反射、折射十分方便,但一束光射到两种介质界面时,既有反射,又有折射。何种情况下反射,何种情况下折射?微粒说在解释时遇到很大的困难。
  2.光的波动说;
  多媒体课件展示:"荷兰物理学家惠更斯在1678年写成的《光论》一书中,从光与声的某些相似性出发,认为光是在"以太"介质中传播的球面纵波。"以太"是一种假想的弹性介质,充满整个宇宙空间,这就是惠更斯的波动说。这种学说认为光是某种振动,以波的形式在"以太"介质中的传播。按此学说解释光的折射时要假设介质中的光速小于真空中的光速。惠更斯成功地推导出了光的反射和折射定律。但是,"以太"这种连续弹性介质,难以想象,给波动说本身造成了不可克服的困难"。
  光的波动说在解释光的直进和影子的形成原因时也遇到困难。
  可见,光的微粒说和波动说在解释光现象时,都各有成功的一面,但都不能完满地解释当时的一切光现象。
  直到19世纪初,人们发现了光的干涉、衍射,从而波动说得到很大发展。19世纪未,又发现了波动说不能解释的新现象--光电效应,证实了光的确又具有粒子性。人们终于认识到了光的本性--光具有波粒二象性。
  3.牛顿的辩证思想:
  牛顿虽然提倡了微粒说,但他并不排斥波动说。他根据所做过的大量实验和缜密的思考,提出了不少卓越而富有启发性的思想。如牛顿提出"周期性"概念,这是波动的一个特征,而惠更斯却否认波的周期性。因此,牛顿在它的微粒说理论中包容有波动说的合理因素。牛顿认为"我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始做了一些分析,对它做了几点提示,而把这些启示留等那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进"。牛顿的严谨、兼收并蓄的科学态度值得我们学习。
  (三)总结扩展与作业布置:
  关于光本性的探索又一次证明了物理学是通过实验为基础发展起来的一门科学,物理学理论的形成经过实验→假说→实验→完善和发展假说……的辩证过程,这期间往往要经过几代科学家的努力。这种探索精神,是我们今天学习的动力,这种探索过程,使我们再次领略到物理学的研究方法和物理思想。
  布置学生预习下二节内容,提出预习目标,按课本要求自己观察所讲述的现象。
  七、板书设计(投影)
  
  第一节 波动说和微粒说
  八、参考资料:
  1.牛顿在1675年提出"光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子",这些粒子被发光体"一个接一个地发射出来"。
  2.为解释光在两种介质界面上同时发生的反射与折射,牛顿提出著名的"猝发理论",他提出:"每一束光线在通过任何折射面时,便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中。在光线的前进过程中,这种状态每隔相等的间隔(等时或等距)内就复发一次,并使光线在它每一次复发时,容易通过下一个折射面,而在它经过两次复发之间容易被这个面反射","我将把任何一条光线返回到倾向于反射的状态称它为‘容易反射的猝发’。而把它反回到倾向于透射状态称为‘容易透射的猝发’,并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’"。
  3."以太":惠更斯提出的波动说中,需要指出光传播的介质。因而,他预言有这样一种连续弹性物质,它充满我们观察所及的整个空间,渗透于一切物体之中,这种介质取名为"以太"。 

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